حل تمرین دوره ای فصل 2 شیمی یازدهم - سوال 1 تا 3

پاسخ و توضیح تمرین 1 تمرین دوره ای فصل دوم شیمی یازدهم این تمرین به مقایسه‌ی $\mathbf{\text{انحلال‌های گرماگیر}}$ و $\mathbf{\text{گرماده}}$ و کاربرد آن‌ها در $\mathbf{\text{بسته‌های گرم و سرد}}$ می‌پردازد. علامت $\mathbf{\Delta H}$ کلید تعیین نوع فرآیند است. 🌡️ **معادله‌ها:** $$\mathbf{1) NH_4NO_3(s) \rightarrow NH_4^+(aq) + NO_3^-(aq)} \quad \mathbf{\Delta H = +26 \text{ kJ}}$$ $$\mathbf{2) CaCl_2(s) \rightarrow Ca^{2+}(aq) + 2Cl^-(aq)} \quad \mathbf{\Delta H = -83 \text{ kJ}}$$ --- ## الف) فرآیند انحلال مناسب برای سرد کردن **پاسخ:** $\mathbf{\text{انحلال نیترات آمونیوم } (NH_4NO_3)}$ مناسب است. **چرا؟** 1. **بسته سردکننده:** برای $\mathbf{\text{سرد کردن}}$، فرآیند باید $\mathbf{\text{گرماگیر}}$ باشد، یعنی $\mathbf{\text{انرژی }}$ را از $\mathbf{\text{محیط اطراف}}$ (محل آسیب‌دیدگی) $\mathbf{\text{جذب}}$ کند. 2. **تحلیل آنتالپی:** $athbf{\text{واکنش } 1}$ ($athbf{\Delta H = +26 \text{ kJ}}$) $\mathbf{\text{گرماگیر}}$ است، در حالی که $athbf{\text{واکنش } 2}$ ($athbf{\Delta H = -83 \text{ kJ}}$) $\mathbf{\text{گرماده}}$ است. **نتیجه:** $athbf{NH_4NO_3}$ هنگام انحلال در آب، گرما را از آب و محیط اطراف $\mathbf{\text{می‌گیرد}}$ و دمای بسته را $\mathbf{\text{پایین می‌آورد}}$ (بسته سردکننده)، در حالی که $\mathbf{CaCl_2}$ گرما $\mathbf{\text{آزاد}}$ می‌کند (بسته گرم‌کننده). --- ## ب) محاسبه‌ی گرمای آزاد شده از انحلال $\mathbf{CaCl_2}$ **هدف:** محاسبه‌ی $\mathbf{Q}$ از انحلال $athbf{2.22 \text{ g } CaCl_2}$ (با توجه به $\mathbf{\Delta H = -83 \text{ kJ}}$ برای $\mathbf{1 \text{ mol}}$). **جرم‌های مولی مورد نیاز:** $\mathbf{Ca \approx 40}$, $\mathbf{Cl \approx 35.5} \text{ g/mol}$ * $\mathbf{\text{جرم مولی } CaCl_2} = 40 + 2(35.5) = \mathbf{111 \text{ g/mol}}$ 1. **محاسبه‌ی مول $\mathbf{CaCl_2}$:** $$\mathbf{\text{مول } CaCl_2} = \frac{2.22 \text{ g}}{111 \text{ g/mol}} = \mathbf{0.02 \text{ mol}}$$ 2. **محاسبه‌ی گرمای آزاد شده:** $\mathbf{\Delta H}$ برای $\mathbf{1 \text{ mol}}$ برابر $\mathbf{-83 \text{ kJ}}$ است. $$\mathbf{Q} = 0.02 \text{ mol} \times (-83 \text{ kJ/mol}) = \mathbf{-1.66 \text{ kJ}}$$ **نتیجه:** از انحلال کامل $\mathbf{2.22 \text{ گرم کلرید کلسیم}}$، $\mathbf{1.66 \text{ کیلوژول گرما}}$ $\mathbf{\text{آزاد}}$ می‌شود. (علامت منفی نشان‌دهنده‌ی $\mathbf{\text{آزاد شدن}}$ است.)

پاسخ و توضیح تمرین 2 تمرین دوره ای فصل دوم شیمی یازدهم این تمرین یک مسئله‌ی $\mathbf{\text{استوکیومتری}}$ است که $\mathbf{\text{انرژی آزاد شده}}$ از $\mathbf{\text{اکسایش یک سوخت زیستی}}$ (چربی) را محاسبه می‌کند. $\mathbf{\Delta H}$ داده شده برای $\mathbf{2 \text{ مول چربی}}$ است. 🧮 **معادله موازنه شده (و $\mathbf{\Delta H}$):** $\mathbf{2C_{57}H_{110}O_6(s) + 163O_2(g) \rightarrow 114CO_2(g) + 110H_2O(l)} \quad \mathbf{\Delta H = -75520 \text{ kJ}}$ **جرم‌های مولی مورد نیاز:** $\mathbf{C \approx 12}$, $\mathbf{H \approx 1}$, $\mathbf{O \approx 16} \text{ g/mol}$ * $\mathbf{\text{جرم مولی چربی } (C_{57}H_{110}O_6)} = 57(12) + 110(1) + 6(16) = 684 + 110 + 96 = \mathbf{890 \text{ g/mol}}$ --- ## محاسبه‌ی انرژی آزاد شده **هدف:** تبدیل $athbf{1 \text{ kg } (1000 \text{ g}) \text{ چربی}}$ به $\mathbf{? \text{ kJ } Q}$ 1. **محاسبه‌ی مول چربی:** $$\mathbf{\text{مول چربی}} = \frac{1000 \text{ g}}{890 \text{ g/mol}} \approx \mathbf{1.1236 \text{ mol } C_{57}H_{110}O_6}$$ 2. **محاسبه‌ی گرما آزاد شده:** $athbf{\Delta H}$ برای $athbf{2 \text{ مول}}$ چربی برابر $\mathbf{-75520 \text{ kJ}}$ است. (نسبت مولی $\mathbf{\frac{-75520 \text{ kJ}}{2 \text{ mol } C_{57}H_{110}O_6}}$) $$\mathbf{Q} = 1.1236 \text{ mol چربی} \times \frac{-75520 \text{ kJ}}{2 \text{ mol چربی}} \approx \mathbf{-42426 \text{ kJ}}$$ **نتیجه:** از $\mathbf{\text{اکسایش } 1 \text{ کیلوگرم چربی}}$، تقریباً $\mathbf{42426 \text{ کیلوژول انرژی آزاد}}$ می‌شود. (علامت منفی نشان‌دهنده‌ی $\mathbf{\text{آزاد شدن}}$ است.)

پاسخ و توضیح تمرین 3 تمرین دوره ای فصل دوم شیمی یازدهم این تمرین به $\mathbf{\text{تجزیه و تحلیل ساختار مولکولی کلسترول}}$، که یک ترکیب آلی پیچیده با گروه‌های عاملی مختلف است، می‌پردازد. 🔬 --- ## الف) دلیل نام‌گذاری کلسترول به عنوان الکل سیرنشده **پاسخ:** شیمی‌دان‌ها کلسترول را یک $\mathbf{\text{الکل سیرنشده}}$ می‌دانند، زیرا در ساختار آن $\mathbf{\text{دو گروه عاملی مشخص}}$ وجود دارد: 1. **الکل (گروه $\mathbf{-OH}$):** وجود $\mathbf{\text{گروه هیدروکسیل } (OH)}$ متصل به $\mathbf{\text{حلقه کربنی}}$ (در موقعیت $\mathbf{\text{کربن } 3}$) به این مولکول خاصیت $\mathbf{\text{الکلی}}$ می‌دهد. ($athbf{\text{پایان نام } \text{-ول}}$). 2. **سیرنشده (پیوند $\mathbf{C=C}$):** وجود $\mathbf{\text{پیوند دوگانه کربن-کربن } (C=C)}$ در یکی از حلقه‌ها نشان می‌دهد که این مولکول $\mathbf{\text{کاملاً سیرشده نیست}}$ و می‌تواند $\mathbf{\text{واکنش‌های افزایشی}}$ بدهد. $\mathbf{\text{سیرنشده بودن}}$ به وجود هر پیوند دوگانه یا سه‌گانه در ساختار اطلاق می‌شود. --- ## ب) پیوندهای یگانه با کمترین آنتالپی پیوند **جدول 3 (از تمرینات قبلی) و آنتالپی پیوندهای یگانه:** $\mathbf{C-C} = 348$, $\mathbf{C-O} = 380$, $\mathbf{N-H} = 391$, $\mathbf{O-H} = 463$, $\mathbf{O-O} = 146$, $\mathbf{N-N} = 163$ $\text{ kJ/mol}$ **پاسخ:** $\mathbf{\text{پیوندهای } O-O}$ ($athbf{146 \text{ kJ/mol}}$) و $\mathbf{N-N}$ ($athbf{163 \text{ kJ/mol}}$) آسان‌تر از پیوندهای دیگر شکسته می‌شوند. **چرا؟** $\mathbf{\text{شکستن پیوند آسان‌تر}}$ به معنای $\mathbf{\text{انرژی پیوند کمتر}}$ است. در جدول، پیوندهای $\mathbf{O-O}$ و $\mathbf{N-N}$ $\mathbf{\text{کمترین آنتالپی پیوند}}$ را در میان پیوندهای یگانه دارند. * $\mathbf{\text{پیوندهای } C-C}$ ($athbf{348 \text{ kJ}}$) و $\mathbf{C-O}$ ($athbf{380 \text{ kJ}}$) برای شکستن، $\mathbf{\text{انرژی بسیار بیشتری}}$ نسبت به $\mathbf{O-O}$ نیاز دارند. * $\mathbf{\text{نتیجه:}}$ اگرچه کلسترول فاقد پیوند $\mathbf{N-N}$ است، اما $\mathbf{\text{پیوندهای بین اتم‌های بزرگتر و یا پیوندهای ضعیف}}$ مانند $\mathbf{O-O}$ (در صورت وجود پراکسید) یا $\mathbf{N-N}$ (در ترکیبات آلی دیگر) $\mathbf{\text{آسان‌تر از پیوندهای اصلی } C-C \text{ و } C-H \text{ شکسته می‌شوند.}}$